跌倒檢測裝置及多功能鞋的製作方法
2023-09-21 09:12:55 1
本實用新型涉及人體跌倒檢測領域,具體涉及一種跌倒檢測裝置及多功能鞋。
背景技術:
我國老年人口眾多,跌倒可導致老年人骨折、軟組織損傷和心理創傷等嚴重後果,是老年人傷殘、失能和死亡的重要原因之一。同時,老年人跌倒帶來的傷害及醫療成本不但和跌倒時撞擊的劇烈程度有關,還很大程度取決於救助響應時間的長短。快速有效地發現跌倒事件的發生,對老人實施救治是降低老年人傷亡率的有效手段。目前,通常採用將傳感器獲取的所有數據實時傳輸給CPU,CPU對數據處理來判斷是否發生跌倒事件,但是,傳感器與CPU之間的數據傳輸量大,易造成數據丟失從而發生誤判。
技術實現要素:
本實用新型的主要目的是提供一種跌倒檢測裝置及多功能鞋,旨在提高判斷跌倒事件的準確性。
為實現上述目的,本實用新型提出的跌倒檢測裝置包括傳感器裝置、主控晶片和無線模塊,所述傳感器裝置連接在所述主控晶片的輸入端上,所述主控晶片的輸出端連接有所述無線模塊;
所述傳感器裝置包括加速度傳感器和單片機,所述加速度傳感器用於檢測人體三維加速度,所述單片機用於根據人體三維加速度觸發失重中斷信號、撞擊中斷信號和靜止中斷信號,並傳輸給所述主控晶片;
所述主控晶片記錄不同信號的接收時間和計算時間間隔,並根據不同信號的接收時間和時間間隔獲得跌倒情況並控制所述無線模塊向移動終端發送跌倒報警信息。
優選地,所述傳感器裝置還包括用於檢測人體三維角速度的角速度傳感器,所述單片機還用於計算合角速度。
優選地,所述傳感器裝置為六軸傳感器,用於採集加速度和角速度。
優選地,所述跌倒檢測裝置還包括電源模塊,所述電源模塊與所述傳感器裝置、所述主控晶片以及所述無線模塊連接。
優選地,所述主控晶片還包括計時器,所述計時器用於記錄不同信號的接收時間和計算時間間隔。
優選地,所述跌倒檢測裝置還包括GPS定位模塊,所述GPS定位模塊連接在所述主控晶片的輸入端。
優選地,所述跌倒檢測裝置為可穿戴裝置。
本實用新型還提供一種多功能鞋,所述拖鞋包括如上述任一項所述跌倒檢測裝置。
優選地,所述跌倒檢測裝置封裝在鞋底或鞋面內。
優選地,所述多功能鞋還包括與所述主控晶片連接的發光模塊,所述發光模塊設置在所述鞋子本體的前方。
一般的跌倒過程可以分解為:重心不穩、摔倒在支撐面上以及靜止在支撐面上,這個過程中有三個明顯的特徵:失重、撞擊以及靜止,且這三個特徵之間有一定的時間間隔,若在一定時間內沒有觸發下一個中斷,則說明沒有發生跌倒。本實用新型技術方案中,失重和撞擊時,傳感器裝置根據合加速度與預設的加速度閾值的比較觸發失重和撞擊中斷信號,靜止時,傳感器根據相鄰兩次檢測到的合加速度差值與預設的加速度閾值進行比較觸發靜止中斷信號。主控晶片只需接收中斷信號和記錄相應的時間,通過判斷接收到的中斷信號的順序是否與跌倒過程發生的狀況一致以及判斷不同中斷信號之間的時間間隔是否正常,即可獲知是否發生跌倒事件。主控晶片處理的數據較少,可以提高判斷跌倒事件的準確性。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案,下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例,對於本領域普通技術人員來講,在不付出創造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖示出的結構獲得其他的附圖。
圖1為本實用新型跌倒檢測裝置一實施例的結構示意圖;
圖2為本實用新型跌倒檢測裝置一實施例中跌倒事件檢測的流程示意圖。
本實用新型目的的實現、功能特點及優點將結合實施例,參照附圖做進一步說明。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖,對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例,而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例,本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬於本實用新型保護的範圍。
需要說明,本實用新型實施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、後……)僅用於解釋在某一特定姿態(如附圖所示)下各部件之間的相對位置關係、運動情況等,如果該特定姿態發生改變時,則該方向性指示也相應地隨之改變。
另外,在本實用新型中如涉及「第一」、「第二」等的描述僅用於描述目的,而不能理解為指示或暗示其相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此,限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括至少一個該特徵。在本實用新型的描述中,「多個」的含義是至少兩個,例如兩個,三個等,除非另有明確具體的限定。
在本實用新型中,除非另有明確的規定和限定,術語「連接」、「固定」等應做廣義理解,例如,「固定」可以是固定連接,也可以是可拆卸連接,或成一體;可以是機械連接,也可以是電連接;可以是直接相連,也可以通過中間媒介間接相連,可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係,除非另有明確的限定。對於本領域的普通技術人員而言,可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
另外,本實用新型各個實施例之間的技術方案可以相互結合,但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎,當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在,也不在本實用新型要求的保護範圍之內。
本實用新型提出一種跌倒檢測裝置及多功能鞋。
請參照圖1,在本實用新型一實施例中,該跌倒檢測裝置包括傳感器裝置1、主控晶片2和無線模塊3,所述傳感器裝置1連接在所述主控晶片2的輸入端上,所述主控晶片2的輸出端連接有所述無線模塊3;
所述傳感器裝置1包括加速度傳感器和單片機,所述加速度傳感器用於檢測人體三維加速度,所述單片機用於根據人體三維加速度觸發失重中斷信號、撞擊中斷信號和靜止中斷信號,並傳輸給所述主控晶片2;
所述主控晶片2記錄不同信號的接收時間和計算時間間隔,並根據不同信號的接收時間和時間間隔獲得跌倒情況並控制所述無線模塊3向移動終端4發送跌倒報警信息。
其中,傳感器裝置1用於採集人體三維加速度,並根據採集的三維加速度計算合加速度,合加速度採用以下公式求取:
式中Ax,Ay,Az表示傳感器裝置1採集的X、Y、Z三個軸向上的加速度,A表示合加速度。
傳感器裝置1可以佩戴於老年人腰部,也可以封裝在鞋子中。第一、第二、第三加速度閾值通過實際情況的實驗和經驗值來設定。一般,第一加速度閾值為7-8m/s2,第二加速度閾值為15-20m/s2,第三加速度閾值為2-5m/s2。
由於一般的跌倒過程可以分解為:重心不穩、摔倒在支撐面上以及靜止在支撐面上,這個過程中有三個明顯的特徵:失重、撞擊以及靜止,且這三個特徵之間有一定的時間間隔,若在一定時間內沒有觸發下一個中斷,則說明沒有發生跌倒。跌倒判斷的算法存儲在主控晶片2中,主控晶片2隻需根據接收到的三種中斷信號進行順序和時間間隔的判斷即可分析是否發生跌倒事件。以下舉例說明:
如果中斷信號的接收順序如下:首先接收到失重中斷信號、然後接收到撞擊中斷信號、最後接收到靜止中斷信號,且失重中斷信號與撞擊中斷信號之間的時間間隔在預設的時間範圍內,撞擊中斷信號與靜止中斷信號之間的時間間隔也在預設的時間內,則說明整個跌倒過程完成,判定跌倒事件發生,如果其中任一過程不匹配,則說明沒有完成整個跌倒過程,判定跌倒事件未發生。
可以針對不同的場景,對第一時間閾值和第二時間閾值進行預設。比如,在浴室摔倒的過程中,從高處墜落的情況較少,因此觸發失重中斷信號之後會很快觸發撞擊中斷信號,說明失重中斷信號與撞擊中斷信號之間的時間間隔較短,即預設的第一時間閾值也較小。
當判斷跌倒事件發生時,主控晶片2通過無線模塊3向移動終端4發送跌倒報警信息,提醒家人及時救援。無線通訊協議可以是WIFI、GPRS、藍牙、ZigBee等常用的物聯網協議。移動終端4為手機、智能網關或報警器等。跌倒檢測裝置還包括電源模塊5,所述電源模塊5與所述傳感器裝置1、所述主控晶片2以及所述無線模塊3連接,用於給主控晶片2、傳感器裝置1和無線模塊3供電。
本實用新型技術方案中,失重和撞擊時,傳感器裝置1根據合加速度與預設的加速度閾值的比較觸發失重和撞擊中斷信號,靜止時,傳感器根據相鄰兩次檢測到的合加速度差值與預設的加速度閾值進行比較觸發靜止中斷信號。主控晶片2隻需接收中斷信號和記錄相應的時間,通過判斷接收到的中斷信號的順序是否與跌倒過程發生的狀況一致以及判斷不同中斷信號之間的時間間隔是否正常,即可獲知是否發生跌倒事件。主控晶片2處理的數據較少,可以提高判斷跌倒事件的準確性。
以下具體說明跌倒事件檢測的流程,請參照圖2。
步驟S1,傳感器裝置1檢測合加速度,當所述合加速度小於預設的第一加速度閾值時,向主控晶片2發送失重中斷信號;當所述合加速度超過預設的第二加速度閾值時,向主控晶片2發送撞擊中斷信號;當相鄰兩次檢測到的合加速度差值小於預設的第三加速度閾值時,向主控晶片2發送靜止中斷信號,其中,所述合加速度由傳感器周期性檢測獲得;
步驟S2,主控晶片2根據接收到所述失重中斷信號、撞擊中斷信號和靜止中斷信號的先後順序以及不同信號之間的時間間隔判斷是否發生跌倒事件,並當判斷跌倒事件發生時,通過無線模塊3向移動終端4發送跌倒報警信息。
優選地,所述傳感器裝置1還包括用於檢測人體三維角速度的角速度傳感器,所述單片機還用於計算合角速度。
當遇到特殊情況時,跌倒過程中的靜止狀態與跌落之前人體的正常靜止姿勢可能一致,此時人體三維加速度與預設的人體靜止三維加速度相應方向上的數值均相等,為了避免這種情況的漏判,在該實施例中增加合角速度的判斷,是因為在整個跌倒過程中,合角速度有一個限值,只要發現有一個合角速度超過預設的角速度閾值,則說明跌倒事件發生。合角速度也是通過實驗和經驗值來設定,一般情況下,合角速度閾值設定為1.5-2deg/s。
其中,合角速度由傳感器裝置1測得,具體是採用以下公式求取:
式中Wx,Wy,Wz表示傳感器裝置1採集的X、Y、Z三個軸向上的角速度,W表示合角速度。
作為本實用新型的優選實施方式,所述傳感器裝置1為六軸傳感器,用於採集加速度和角速度。為了減少傳感器的數量以及減小傳感器的體積,本發明中使用六軸傳感器,能同時採集加速度和角速度,選用的型號是MPU6050,但不限於MPU6050,只要有與跌倒相關的中斷觸發的六軸傳感器,都適用於本套方案。
優選地,所述主控晶片2還包括計時器,所述計時器用於記錄不同信號的接收時間和計算時間間隔。
進一步地,所述跌倒檢測裝置還包括GPS定位模塊,所述GPS定位模塊連接在所述主控晶片2的輸入端。GPS定位模塊可以實時定位,通過無線模塊3傳遞給移動終端4,親人可以遠程定位跌倒檢測裝置所在的位置,從而知道老人的位置信息。
優選地,所述跌倒檢測裝置為可穿戴裝置。由於使用者在正常活動時,其重心的運動通常是穩定且平緩變化的,而在跌倒時,重心處的運動會相對於正常活動時的運動發生陡變。因此,可以將跌倒檢測裝置靠近人體重心穿戴,從而獲得更高的跌倒檢測精度。當然,本申請並不局限於此,跌倒報警裝置也可以構造成適於穿戴在人的其它部位,例如頸部、上肢、腳部;此外,跌倒報警裝置也可以不集成於一體,而是包括多個部件,這些部件可以布置於人體的不同部位。
本實用新型還提出一種多功能鞋,所述多功能鞋包括如上述任一項所述跌倒檢測裝置。該跌倒檢測裝置的具體結構參照上述實施例,由於本拖鞋採用了上述所有實施例的全部技術方案,因此至少具有上述實施例的技術方案所帶來的所有有益效果,在此不再一一贅述。
優選地,所述跌倒檢測裝置封裝在鞋底或鞋面內。
優選地,所述多功能鞋還包括與所述主控晶片2連接的發光模塊,所述發光模塊設置在所述鞋子本體的前方。發光模塊與主控晶片2連接,位於鞋子本體的前方或四周邊緣,適用於當老年人夜間出去散步時使用,因為老年人會有看不清路況而跌倒的事情發生。如果有了光源,在鞋底的四周會發出適度的光芒,從而降低上述情況的發生,提高老年人戶外運動的安全性和積極性。
以上所述僅為本實用新型的優選實施例,並非因此限制本實用新型的專利範圍,凡是在本實用新型的構思下,利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構變換,或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本實用新型的專利保護範圍內。